По мере того как наши устройства становятся все больше завязаны на интернете, а мы постепенно отходим от парадигмы персональных компьютеров, суперкомпьютеры все меньше и меньше кажутся нам громоздкими и безумными устройствами с тысячами охлаждающих боксов и упорядоченным нагромождением процессоров. Но гигантские параллельные системы — которые похожи на эти самые старые суперкомпьютеры — все еще разрабатываются.

Большинство из нас знает, что такое закон Мура, который по своей сути гласит, что мощность компьютерных чипов удваивается каждые полтора-два года. Это относится не только к нашим компьютерам и смартфонам. Все наши электронные устройства идут по пути усовершенствования: скорость обработки растет, чувствительность датчиков, память и даже пиксели экрана или камеры становятся лучше и лучше. Чипы могут улучшаться и уменьшаться до невообразимых пределов, пока квантовые эффекты не начнут вносить диссонанс. Некоторые эксперты считают, что в течение 50 ближайших лет закон Мура все же ограничит и замедлит развитие компьютерных чипов. Неудивительно, что крупнейшие производители чипов уже сейчас начинают искать альтернативу.

Наши телефоны и планшеты еще долго могут удивлять нас удваивающейся каждые два года мощностью, но за кулисами есть вещи, которые требуют больше — «облака», суперкомпьютеры, мельчайшие вычислительные системы. Давайте попробуем предположить, по какому пути пойдут суперкомпьютеры будущего и как это отразится на общей вычислительной мощи нашей планеты.

Экзафлопс и дальше
Миниатюризация компонентов чипа — это только полдела. По другую сторону медали, суперкомпьютерам нужна специальная сборка для пущей мощности. В 2008 году IBM Roadrunner преодолел предел в один петафлопс: один квадриллион операций в секунду. (Флопс означает «количество операций с плавающей запятой в секунду», и это стандарт, который мы используем, говоря о суперкомпьютерах, которые используются для научных расчетов).

В научном представлении петафлопс измеряется в 10^15 операций в секунду. Экзафлопсный компьютер — который появится в 2019 году, по разным прогнозам — будет иметь производительность в 10^18, в тысячу раз больше, чем петафлопсные компьютеры, которые мы наблюдаем сегодня. Для сравнения: самый мощный из 500 самых быстрых суперкомпьютеров в мире по состоянию на 2014 год «Тяньхэ-1А» обладает производительностью меньше 60 петафлопс. К 2030 году суперкомпьютеры должны набрать производительность в зеттафлопс, или 10^21 операций в секунду, а потом и йоттафлопс, или 10^24.

Что эти цифры на самом деле означают? Предполагается, что полная имитация компьютерного мозга станет возможной к 2025 году, а зеттафлопсовые компьютеры смогут точно предсказывать всю погоду на планете за две недели и все смогут купить в Киеве компьютер.

Зеленые суперкомпьютеры
У любой мощности есть своя цена. Если кулер вашего компьютера когда-нибудь ломался или вы сидели с ноутбуком на коленях, вы знаете, чего стоит мощность: компьютеры нагреваются в процессе работы. На самом деле, одна из основных проблем разработчиков суперкомпьютеров связана с поиском разумного пути установки и использования могучих машин без сбоев или ущерба для планеты. В конце концов, одно из главных назначений моделирования погодных условий будет направлено на управление выбросами оксида углерода, так что было бы не очень разумно прибавлять климатологам проблем в процессе решения этих задач.

Компьютер работает крайне плохо, если перегревается. Любая компьютерная система полезна настолько, насколько она работает в свои худшие дни, поэтому охлаждение горячих микросхем представляет крупный интерес для инженеров. Более половины энергии, используемой суперкомпьютерами, уходит на охлаждение. И экологические проблемы уже вызывают серьезную обеспокоенность в свете повышения производительности компьютеров. Зеленые решения и энергоэффективность давно стали основой каждого проекта суперкомпьютера.

От охлаждения «бесплатным воздухом» — то есть инженеры пытаются подвести внешний воздух к системе — до аппаратных конструкций,  увеличивающих площадь поверхности системы, ученые пытаются быть максимально инновационными с целью повышения эффективности охлаждения суперкомпьютеров. Одной из наиболее интересных идей, которые пытаются внедрить, является охлаждение системы жидкостью, которая будет собирать тепло по мере течения по трубам в самом компьютере. Проекты, которые входят в топ-500 самых мощных суперкомпьютеров, воспринимают это очень серьезно.

Обращение к проблемам экологии и эффективности не только полезно для нашей планеты, но и необходимо для работы машин. Возможно, это не самый интересный пункт в нашем списке, поэтому давайте пойдем дальше.